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碳纳米管带来工业设备超微节能革命

发布时间:2019-08-15 18:22:22

  碳纳米管因重量轻、强度高、导热导电性强等,可提高能源效率。人们对其在超低功耗计算机和超轻量材料等领域的应用寄予厚望。

  2014年2月,日本各地降了创纪录的大雪,有交通事故和农作物受灾的报道,但鲜为人知的是,大规模光伏电站也受到了沉重打击。

  因为积雪遮挡阳光,太阳能电池板无法发电的情况频发。甚至有因架台无法支撑雪的重量,导致出现一连串电池板倾倒或脱落等损害。

  保护太阳能电池不遭雪灾的 布

  可乐丽生活材料公司(大阪市)利用碳纳米管(CNT)开发出了可解决这一问题的产品。

  产品的名称是 布加热器 (下图)。乍看上去就是一块普通的布,但把手靠近其表面,会感到一丝丝的温热。其实,整块布都在发热。

  可乐丽生活材料开发的布加热器整体均匀发热(左)。

  通过在山形县安装到太阳能电池板上进行融雪实验,确认了收益性(右)

  CNT具有导电性。把CNT均匀溶解在液态塑料中,将聚酯纱线浸泡在其中浸涂。这样制成的纱线叫作 CNTEC ,将其作纬线,用通常的聚酯纤维作经线,织成的布料即为 布加热器 。在CNTEC的两端安装电极并接通电源,其中就会有电流通过,在电阻的作用下会产生热量。因为每条纱线都在发热,所以整块布会均匀加热。

  电热毯和道路融雪等常用的镍铬合金丝是只有S形布线发热。想要实现整个面均匀加热,就要消耗大量的电能。而使用CNTEC的布加热器能够实现大面积均匀加热,可使耗电量减少2~ 成。

  如果为太阳能电池板配备这种布加热器,就可以防范雪灾。不过,即使这种方法能够融雪,但如果耗电量太大就不划算了。为此,可乐丽生活材料公司制作了试制系统,在山形县多次进行了验证试验。关于试验结果,该公司社长鸟生雅夫介绍说: 与融雪使用的电能相比,清除积雪后增加的发电量更多,有足够的经济性。

  可乐丽生活材料公司计划在10月前后开始销售CNTEC,今后还将继续探索新用途,例如用于道路和房顶的型融雪系统、电热毯等。

  CNT是名城大学教授饭岛澄男于1991年在全世界首先发现的。虽然CNT与其他材料相比特性超群,但应用于产业的技术难度高,一直没有突破 梦幻新材料 的领域走向实用。不过,时至今日,随着实用化相关技术的大幅进步,CNT正在逐渐改变我们的生活。

  CNT的电特性(易通电等)、机械特性(强度等)、热传导性都远远超过其他材料。使用加入了CNT的复合材料,可以在广泛的领域开发出新型节能且多功能的设备。

  CNT有只有一层管的单层CNT和有多层管的多层CNT之分。多层CNT比较容易生产,昭和电工等企业已经开始量产。前面提到的可乐丽生活材料公司使用的也是多层CNT。

  而单层CNT虽然量产困难,但与多层CNT相比,特性明显高出一筹。

  举例来说,住友精密工业正准备开发利用铝和单层CNT合成的复合材料,计划将其用于飞机发动机和电动油压设备上安装的热交换器(下图)。CNT的传热性好,散热性是普通铝的4倍。因此可以制造出轻巧、小型的热交换器,提高飞机的燃效。

  住友精密工业开发的喷气式发动机用热交换器。通过合成铝和单层CNT,把散热性提高到原来的4倍,并且实现了轻量化

  照片由日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)提供

  201 年7月,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)与单层CNT融合新材料研究开发机构、日本产业技术综合研究所(产综研)开发出了由单层CNT和铜组成的复合材料。这种材料实现了划时代的性能,在电导率(易通电性)与铜相当的前提下,电流密度高达铜的100倍,而且还不会发生断裂。只需铜线的百分之一的截面积,就能通过与铜等量的电流,而且,即使温度升高,电阻也不易增加。如果将其应用于纯电动汽车的马达,可以大幅缩小马达的体积和重量。

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